中科纳通： 量子点膜——“视界”因你更精彩

作者：北京中科纳通电子技术有限公司 徐文涛 李义香

导读：统计数据显示，2017年全球TV面板的出货数量达2.62亿片，出货面积为1.38亿平方米。2018年，TV市场竞争日趋白热化和焦灼化。以三星和TCL为代表的量子点电视阵营雄心勃勃，LG主导的OLED电视阵营更不甘示弱，两大技术路线的竞争甚嚣尘上。虽然Micro-LED技术尚未成熟，但三星在CES展上发布的146寸Micro-LED电视“The Wall”也是赚足了眼球。从一定意义上讲，平板显示产业的战国时代已悄然来临。

从本质上讲，当前量子点电视与OLED电视的竞争仍属于液晶显示与OLED显示的竞争。量子点显示的技术基础有两个层面：电致发光与光致发光。所谓电致发光，就是量子点材料在电场驱动下发出不同颜色的光，基于此可以制备量子点发光二极管（QLED）。QLED的显示原理与OLED类似，然而囿于量子点材料的特性，QLED器件只能通过喷墨打印等湿法工艺来制备，目前在设备、工艺等方面的瓶颈尚未突破，因而QLED真正产业化尚需时日。目前商业化的量子点显示器是基于光致发光原理，属于量子点背光技术（QD-BLU）与液晶显示相结合的产物，即量子点背光液晶显示器（QD-LCD）。

量子点显示发展始末

早在上世纪80年代初，科学家就发现了量子点材料并开始研究其应用。1981年，前苏联科学家Efros和Ekimov就发现了半导体纳米晶的量子尺寸效应。1983年，美国贝尔实验室的Brus首次报道了CdS纳米晶具有尺寸效应等相关的性质，拉开了量子点研究的序幕，虽然“量子点”这一名称是数年后耶鲁大学物理学家马克里德正式赋予的。在以后的数年中，研究者将精力集中于如何制备大小均一的量子点、如何提高量子点的量子效率和稳定性，以及无镉多元量子点材料的研究，这些研究为量子点的商业化应用奠定了基础。时至今日，应用于发光的量子点材料家族逐渐壮大，已经涵盖了硒化镉、磷化铟、钙钛矿等几大体系。

自量子点材料被发现后，人们就开始思考其应用价值，科学家探索了量子点材料在LED、太阳能电池以及生命科学方面的应用。2009年，美国尼克思照明的夏洛特将量子点的涂料涂在蓝光LED上，在实验室中制成了世界上第一个量子点LED灯，正式开启了量子点的商业化应用探索。然而量子点照明的商业化并不顺利，价格昂贵、寿命短、产业链不成熟，使得量子点照明的商业化停滞不前。

量子点显示的产业化探索始于本世纪初，由此诞生了QD-Vision（2016年被三星收购）、Nanosys和Nanoco三大量子点巨头。三家的发展各具特色：Nanoco从成立之初就致力于无镉量子点开发及应用；QD-Vision于2013年率先实现了量子点电视，采用的是量子点管技术；与QD-Vision师出同门的Nanosys专利布局深远，是量子点膜的发明者。在量子点背光技术中，先后出现了三种产品形态：On-chip、On-edge和On-surface。On-chip是将量子点油墨涂敷在蓝光芯片上直接做成白光量子点光源，其好处是量子点粉体用量最少，但其弊端也非常明显，蓝光芯片工作时产生的热量会使量子点的寿命大幅降低，无法达到商业化应用。On-edge方式即为量子点管技术，是将量子点粉体封装在玻璃管中，装配在模组导光板入光侧面。这种方式克服了量子点直接与高温LED接触的问题，寿命大大延长，早期的量子点电视多采用这种方式。然而，这种方式并不适合大规模推广。原因在于量子点管比较脆、很容易破损，且安装在导光板侧面需要额外的空间，必须重新进行产品设计，因而终端用户的阻力很大。Nanosys与3M联合开发，将量子点材料包覆在两层PET膜之间得到量子点膜，装配时放在导光板或扩散板上面，即所谓的On-surface。量子点膜在空间上远离LED灯，且与当前模组制造工艺兼容度高，因而受到下游厂家的青睐。

图1.量子点液晶显示大事记

量子点膜邂逅LCD：让“视界”更精彩

量子点膜问世之初，并未受到产业界的青睐。第一，当时价格昂贵，每平米价格高达100多美金，终端厂商无法接受。第二，产品的性能及信赖性有待提高。第三，产业链不成熟，终端厂商对量子点膜产品及如何应用不了解。随着量子点合成及涂布工艺的改善，特别是国内厂商开始涉足量子点膜生产。产品的外观、性能、信赖性以及价格逐步跨过下游厂商的门槛，量子点膜逐渐成为量子点显示厂商的首选和主流产品。

图2.量子点膜结构示意图

当前量子点膜都采用三明治结构：两层水氧阻隔膜中间夹着量子点层。量子点层中含有红色和绿色量子点，蓝光激发产生红光和绿光，与LED自身蓝光复合形成白光。由于量子点材料发光半峰宽比较窄（通常30nm左右），这意味着与荧光粉LED背光相比，量子点背光的红色和绿色更纯正。依据色度学原理不难理解，RGB三基色光谱的半峰宽越窄，三基色的纯度越高，其显示的色域也更宽。一般采用YAG荧光粉的LCD，色域值只有70%（NTSC），而采用量子点膜的LCD色域值可以达到110%（NTSC），高于目前OLED电视的色域值。因此，无论是要与OLED显示器竞争，还是液晶显示行业内部的竞争，都有必要采用量子点技术提高色域、改善显示效果。

量子点膜可以应用于TV、商业显示器、电子黑板、笔电、PAD、车载显示及手机等领域。以量子点液晶TV为例，其背光结构分为直下式和侧入式。中高端TV通常采用侧入式背光结构，引入量子点膜技术后，其一般结构为“反射片/导光板/量子点膜/BEF/DBEF/上扩散片/液晶cell”。由于要采用蓝光激发，原来的白光LED灯条需要更换成蓝光LED灯条，一般推荐主波长区间在445-450nm范围内的蓝光LED灯条。量子点液晶显示器的产业链与传统的液晶显示器基本相同，其模组生产工艺也和传统液晶显示器基本一致，主要区别是在模组结构上增加一片量子点膜。采用量子点膜对传统LCD进行性能升级相对比较简单，成本增加也比较低，显示器色域可以达到110%甚至更高，从而以较低的成本实现了显示性能的大幅提升。

中科纳通：量子点膜后起之秀

中科纳通成立于2012年，专注于光电显示领域，努力成为国内光电显示领域电子材料先行者。经过6年的不断探索，现已初步形成“浆”、“胶”“膜”三大产品线，涵盖数十种电子材料产品。产品应用于触控、显示、LED照明、电磁屏蔽、电热等领域。尤其在显示领域，中科纳通提早布局，开发的产品已应用于面板玻璃减薄、液晶显示模组、OLED硬屏保护以及量子点背光源等场合。

作为一家中科院技术背景的企业，中科纳通在量子点膜开发方面得到了中科院化学所、联想集团的大力支持。中科院化学所及中科纳通技术团队早在2013年就开始关注量子点技术，并开始做相关技术和产品预研。目前，公司已经在量子点油墨开发、量子点膜耐水氧性能、量子点膜新型结构及器件结构改善等方面申请核心专利5项。在量子点粉体方面，中科纳通与国内外厂家采取联合开发等模式，保障了粉体供应的安全和稳定，同时也在积极验证导入无镉量子点。结合不同的应用场景及客户需求，现已开发出QD350、QD155及QD105三大系列产品，产品最大幅宽达为1200mm，可以支持86寸量子点电视。凭借在量子点材料供应、量子点油墨配方、涂布工艺控制方面的独特优势，我们快速配合客户做定制化开发，产品得到了多家大客户的赞赏和认可。

“纳四海英才，通产业之巅”。中科纳通自成立之日起一直坚守这一理念，致力于成为一家专业的电子材料公司。在显示领域，中科纳通未来三年会加强量子点膜等产品的开发与推广，为液晶模组及终端客户提供高性能的产品和解决方案，助力液晶显示在当前平面显示器激烈的竞争格局中焕发生机、大放异彩。